TWI771162B - 燒結帶的製程 - Google Patents

Abstract

一種製造線包括生材的帶，該帶被導引通過爐，使得該爐燒除有機黏結劑材料然後部分燒結該帶而不需使用定型板。從該製造線得到的燒結物件可以是薄的且具有相對大的表面積；而且雖然大致上未拋光，但具有幾個燒結引起的表面缺陷。當部分燒結的帶通過該製造線上的第二爐時可以對該部分燒結的帶施加張力以對所得的燒結物件塑形。

Description

燒結帶的製程

本專利申請案根據專利法主張於2015年6月29日提出申請的美國臨時專利申請案序號第62/185,950號的優先權權益，該申請案之內容為本案所依據且該申請案之內容以引用方式全部併入本文中。

本揭示的態樣大體而言係關於用於燒結生帶的方法，例如包括以有機黏結劑黏結的多晶陶瓷顆粒的生帶；以及燒結物件，例如由這種方法製成的陶瓷片或帶。

諸如陶瓷薄片、薄帶、或薄條的物件具有許多潛在的用途，例如當陶瓷可透光時作為波導、作為可被塗佈或層壓的基材、並被整合在電池和其他元件、或其他應用中。這種物件可以藉由形成大的燒結材料鑄塊、切出材料的薄片或板材、以及將相應物件拋光成所需的形式和表面品質來製造。拋光有助於去除物件表面上的瑕疵或缺陷，但是會耗費時間和資源。

這種物件也可以藉由薄帶鑄型、膠體鑄型、或其他包括燒結生帶的製程來製造，生帶例如以有機黏結劑黏結的無機顆粒條。生帶通常被放在稱為定型板的表面上，並被放在燒除有機黏結劑並燒結無機顆粒的爐內。定型板通常是由能夠承受燒結製程的耐火材料形成。定型板在移除黏結劑時支撐該帶。

申請人觀察到的是，燒結導致生帶收縮，從而在收縮過程中將自身的某些部分拖過定型板。結果是，生成的燒結物件被支撐的側面具有被從定型板的耐火材料轉移到燒結物件的表面缺陷，例如拖槽、燒結碎屑、雜質補釘等。第1圖和第2圖圖示燒結陶瓷物件110、210上的表面缺陷112、212的實例，例如在燒結過程中由定型板導致的缺陷。申請人相信，這些缺陷藉由提供應力集中和裂紋起始的位點來削弱各個物件的強度。

此外，申請人認為當製造越來越薄的燒結物件（例如薄片、薄帶、薄條）時，在某個點燒結物件可能會變得太薄而難以拋光（若非不能）。因此，對於這種物件來說，所屬技術領域中具有通常知識者可能無法去除在燒結過程中由定型板誘生的表面缺陷或由切割導致的缺陷。類似地，對於較厚、但仍薄的燒結物件來說，申請人認為在某個點物件有太多的表面區域要拋光。以傳統的拋光設備控制大表面積的易碎及/或薄片可能變得使用不便及/或不切實際的。因此，由於在克服製造挑戰和每個物件的相關成本方面的強烈阻礙因素，品質（例如平坦度、平滑度、及/或無缺陷表面）通常與拋光相關的薄物件（特別是具有相對大的表面積的薄物件）可能是使用傳統製造方法無法實現的及/或所屬技術領域中具有通常知識者可能避免嘗試製造這樣的物件。

需要用於製造物件的設備和製造製程，該物件例如多晶陶瓷、金屬、或其他可燒結材料的薄帶和薄片，其中該物件可被有效率地製造，例如不需過度拋光，同時該物件還可具有良好的機械性質，例如由於具有極少的表面缺陷。這種物件可用於作為基材（例如在電池中、在印刷電路板上）、作為顯示器的覆蓋片（例如用於手持裝置），或者該物件可以有其他用途。

申請人發現，從燒結生帶的製程免除定型板的技術中，所得的燒結物件可以未拋光、但仍可具有良好的機械性能。在一些實施例中，本文揭示的技術係關於一種連續的製造線，其中連續帶包括生帶區段，該生帶區段包括由有機黏結劑固定的無機顆粒。在該製造線上，該生帶區段被導引到第一加熱位置以燒除或燒焦黏結劑，從而形成相同帶的未黏結區段。接著，沿著該製造線，使該未黏結區段運行通過第二加熱位置以至少部分燒結該等無機顆粒。該第一和第二加熱位置可藉由該製造線上相同或不同的爐加熱。假使在該第二加熱位置只將該帶部分燒結，則該製造線上可以有額外的加熱位置，以進一步處理該帶，例如用於完成該帶的燒結的第三加熱位置。在該第二加熱位置的部分燒結可允許該帶被張緊以在該第三加熱位置進行進一步燒結，其中張力將該帶保持平坦，從而促成特別平的燒結片及/或具有幾個燒結引起的表面缺陷的片。

以上有部分是以不需要定型板支撐生帶的方式藉由將生帶定向通過第二加熱位置來實現，例如將該帶垂直定向。令人驚奇的是，申請人已發現，在未黏結區段下方的帶重量不一定需要在至少部分燒結發生之前在該未黏結區段將該帶切斷或拉開，儘管該帶的黏結劑被燒除或燒焦。申請人發現，該帶能夠將自身保持在一起足夠長的時間以進行至少部分燒結而不需要定型板。結果，燒結物件沒有在燒結過程中產生的、通常由定型板導致的、接觸引起的表面缺陷。在燒結物件兩側的表面在缺陷數量方面彼此一致，相對於具有更多表面缺陷的物件，該數量足夠低使得生成的燒結物件可以具有改良的機械性能，例如提高的拉伸強度。

在以下的實施方式中提出其他特徵與優點，而且從實施方式，部分的特徵與優點對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的，或是可藉由實施實施方式和申請專利範圍、以及附圖中書面描述的實施例而認可部分的特徵與優點。應瞭解的是，前述的一般性描述與以下的實施方式皆只為例示性的，而且意圖提供用以瞭解申請專利範圍之本質與特點的概觀或架構。

轉向下面的實施方式和詳細說明例示性實施例的圖式之前，應當理解的是，本發明的技術並不限於實施方式中闡述的、或圖式中圖示的細節或方法。例如，如所屬技術領域中具有通常知識者將理解的，與其中一個圖式圖示的實施例相關的或在與其中一個實施例有關的內文中描述的特徵和屬性可被適當地應用於另一個圖式中圖示的或內文中他處描述的其他實施例。

參照第3A-3B圖，製造線310包括爐系統312和工件（例如條、帶、捲、線、材料），例如從側視圖圖示延伸進入爐系統312的帶314。帶314可以被圍繞曲線或輥316定路線並被導往爐系統312。依據例示性的實施例，爐系統312包括通道318，通道318包括黏結劑燒除位置B及/或用於在該帶通過黏結劑燒除位置B之後至少部分燒結帶314的燒結位置C。在一些實施例中，黏結劑燒除位置B鄰近燒結位置C，例如沿製造線310直接在燒結位置C上方或下方，例如在1公尺內、在50公分內、在10公分內。如將進一步討論的，接近地配置黏結劑燒除位置B與燒結位置C縮短了帶314在燒結之前未被黏結劑黏結的時間/長度。

依據例示性實施例，將爐系統312的通道318定向，使得帶314可以大致垂直地延伸穿過通道318，例如至少不會接觸爐系統312被導引來燒除黏結劑（例如黏結劑燒除位置B）及/或至少部分燒結帶314（例如燒結位置C）的某些區段的表面320。例如，通道318可被定向，使得帶314可以大致垂直延伸，並且沿著方向相對於水平介於45與135度之間、例如介於60與120度之間、例如在90度加或減10度的路徑向上及/或向下移動。據信使帶314通過黏結劑燒除位置B及/或燒結位置C而不使帶314與燒結位置C的表面320及/或黏結劑燒除位置B的表面322接觸可以藉由減少材料轉移及/或刻劃或以其他方式經由接觸使帶314成形而在帶314被爐系統312處理時改善帶314的表面品質。

依據例示性實施例，帶314的第一區段是可被沿著製造線310定位在位置A的生帶區段314A。依據例示性實施例，生帶區段314A包括藉由有機黏結劑（例如聚乙烯醇縮丁醛、鄰苯二甲酸二丁酯、聚碳酸酯、丙烯酸類聚合物、聚酯、聚矽氧等）黏結的多晶陶瓷及/或礦物（例如氧化鋁、氧化鋯、鋰石榴石、尖晶石）。在構思的實施例中，生帶區段314A可以包括以有機黏結劑黏結的金屬顆粒。在其他構思的實施例中，生帶區段314A可以包括以有機黏結劑黏結的玻璃顆粒（例如高純度二氧化矽顆粒、硼矽酸鹽、鋁矽酸鹽、鈉鈣）或其他無機顆粒。在構思的實施例中，生帶區段314A可以包括以有機黏結劑黏結的玻璃陶瓷顆粒（例如堇青石、LAS鋰鋁矽酸鹽、Nasicon結構的鋰金屬磷酸鹽、鋇長石）。依據例示性實施例，生帶區段314A具有從約0.01至約25體積％的孔隙率及/或無機顆粒具有從50至1,000奈米的中位數粒徑及從2至30 m² /g的布厄特（BET）表面積。在其他構思的實施例中，上述材料可以藉由無機黏結劑或其他黏結劑黏結及/或上述材料可被以其他方式按尺寸製作或具有其他孔隙率。

當生帶區段314A通過黏結劑燒除位置B時，由於氧化、揮發、及/或交聯，爐系統312設以燒除來自生帶區段314A的黏結劑材料及/或將來自生帶區段314A的黏結劑材料燒成焦炭，來自生帶區段314A的黏結劑材料例如大多數的黏結劑，例如至少90％的黏結劑。依據例示性實施例，生帶區段314A自支撐通過燒除位置B並且不需要及/或不接觸燒除位置B的表面322。

在黏結劑燒除位置B之後，帶314不再是「生的」，而且帶314的第二區段是未黏結帶區段314B（例如燒除生帶區段、燒焦黏結劑生帶區段），未黏結帶區段314B可以未燒結、但可以沒有黏結劑或具有燒焦的黏結劑。因為未黏結帶區段314B沒有工作及/或未燒焦黏結劑，所以所屬技術領域中具有通常知識者可以預期未黏結帶區段314B在其自身的重量或部分帶314的重量下在未黏結帶區段314B下方只是崩塌或散落，例如由於缺少黏結劑。然而，儘管黏結劑被燒除及/或燒焦，但申請人發現，在至少部分燒結帶314的無機材料（如陶瓷顆粒）之前，假使帶314被適當處理，例如假使帶314上的張力受到控制及/或假使帶314沒有彎曲及/或重新定向，則未黏結帶區段314B可以保持完好。

仍參照第3A圖，然後帶314的未黏結帶區段314B進入及/或通過燒結位置C，並且爐系統312設以至少部分燒結未黏結帶區段314B的多晶陶瓷或其他無機材料。例如，多晶陶瓷顆粒可以被燒結，使得顆粒彼此黏結或熔合、但帶314仍包括大量的孔隙率（例如依體積計至少10％、依體積計至少30％），其中「孔隙率」是指帶未被無機材料（例如多晶陶瓷）佔用的體積部分。

一旦被至少部分燒結，帶314的相應區段是至少部分燒結的帶區段314C。部分且沒有完全燒結至少部分燒結的帶區段314C可以將帶314的強度增加到張力可被施加到帶314以便於帶314後續成形的程度。依據例示性實施例，在張力下進行帶314的額外燒結以產生特別平的或以其他方式成形的燒結物件（大致參見第5圖）。

依據例示性實施例，製造線310進一步包括張力調節器324，張力調節器324影響帶314中的張力，例如藉由直接與至少部分燒結的帶區段314C相互作用。張力調節器324可以控制和分隔張力調節器324上方和下方的帶314中的張力，使得在張力調節器324任一側的帶314部分中張力可以不同。在一些實施例中，張力調節器324包括空氣軸承，其中可以在與帶314移動通過製造線310的方向相同或相對的方向上導引空氣，例如用以調整帶314中的張力。在其他實施例中，張力調節器324包括拉或推帶314以影響帶314中的張力的夾輥。在又其他的實施例中，張力調節器324可以是輪子（參見例如第12圖），其中輪子表面上的摩擦以及輪子的轉動影響帶314中的張力。如所討論的，帶314中的張力可被用於在帶314被燒結時使帶314成形，例如在燒結位置C或沿著製造線310的他處。另外，由張力調節器324施加到帶314的張力（正或負量）可有助於藉由影響該區段中的張力而將未黏結帶區段314B保持在一起。

現在參照第3B圖，帶314的溫度可以沿著帶314的長度作為帶314的特定部分沿著製造線310的位置的函數而改變。在進入黏結劑燒除位置B之前生帶區段314A可以經歷第一溫度，例如室溫（例如約25 ℃）。帶314的未黏結帶區段314B靠近黏結劑燒除位置B所經歷的溫度可以高於生帶區段314A所經歷的，例如至少200 ℃、至少400 ℃。帶314在燒結位置C和附近經歷的溫度仍可以高於帶314在黏結劑燒除位置B附近所經歷的，例如在燒結位置C至少800 ℃、至少1000 ℃。然後帶314位於沿著製造線310經過燒結位置C的位置的部分可經歷比帶314在燒結位置C的部分及/或比帶314在黏結劑燒除位置B的部分更低的溫度，例如經歷室溫。

參照第4圖，爐系統410包括導件412，導件412界定通道414，通道414至少部分延伸通過爐系統410，例如完全通過爐系統410的深度L1。在一些實施例中，導件412可以是由耐火材料形成的管或軸。依據例示性實施例，通道414被大致垂直定向，使得重力可以拉直延伸通過通道414的細長工件（例如撓性生帶、條、線；大致參見第3A圖的帶314）或以其他方式沿著細長工件的長度作用。在爐系統410的一些應用中，工件可以比通道414更窄，並且可以被定位在通道414內，以免接觸導件412的表面。可以在製造線（例如製造線310）中使用爐系統410。

依據例示性實施例，爐系統410的通道414具有延伸通過爐系統410的深度尺寸L1、垂直於深度尺寸L1的寬度尺寸（延伸進入和離開第4圖）、及垂直於深度尺寸L1與寬度尺寸兩者的間隙尺寸L2。依據例示性實施例，通道414的深度尺寸L1比寬度尺寸大，且寬度尺寸比間隙尺寸L2大。依據例示性實施例，間隙尺寸L2為至少1毫米，例如至少2毫米、至少5毫米、及/或不超過500公分。在一些實施例中，寬度和間隙尺寸彼此相等，使得通道414為圓柱形。

參照第4圖，爐系統410包括黏結劑燒除位置B′和燒結位置C′。燒除位置B′設以從工件燃燒黏結劑材料，並且燒結位置C′設以至少部分燒結工件。依據例示性實施例，爐系統410包括熱源416，例如電阻加熱元件、氣體或油燃燒器、或其他熱源。在一些實施例中，熱源416圍繞燒結位置C′的至少一部分及/或與燒除位置B′分開，例如藉由可由耐火材料形成的屏障或壁418。依據例示性實施例，爐系統410的熱源416位於燒除位置B′上方或下方。因此，熱可從燒結位置C'協同通過到黏結劑燒除位置B′。在其他實施例中，燒除位置B可以具有與燒結位置C′分開的熱源。

在進入黏結劑燒除位置B′之前工件可以經歷第一溫度，例如室溫（例如約25 ℃）。工件在黏結劑燒除位置B′附近經歷的溫度可以高於室溫，例如至少200 ℃、至少400 ℃。當工件靠近並通過燒結位置C′時，工件經歷的溫度可以仍高於工件在黏結劑燒除位置B′附近所經歷的，例如至少800 ℃、至少1000 ℃。然後在與黏結劑燒除位置B′相對的燒結位置C′側上越過燒結位置C′的工件部分可經歷較低的溫度，例如經歷室溫。

現在參照第5圖，可以產出3莫耳％的氧化釔穩定的氧化鋯（3YSZ）的生陶瓷的鑄件，如美國專利第8,894,920號所述。在一個實例中，從該鑄件切出2.5 cm寬 × 5 m長的材料生帶512。生帶512被捲繞到圓筒輥514上，然後被以每分鐘2英寸的控制速率進料到如第5圖所示的爐系統516中（也可參見如第4圖所示的爐系統410）。爐系統516的燒結位置C''被保持在1200℃。將黏結劑燒除位置B''隔離，並內置氧化鋁纖維板以提供用於黏結劑燒除的區域。黏結劑燒除位置B''被離開爐系統516的燒結位置C′的熱氣體加熱。

在圖示的結構510中，申請人發現，10英寸長的黏結劑燒除位置B''（以長度在垂直方向圖示）允許帶512被成功地以高達每分鐘約3英寸進料。圖示的爐系統516的燒結位置C''為12英寸，從而導致在燒結位置C′′的總時間為約4到6分鐘。在爐系統516的出口，將3YSZ帶512'部分燒結，從而具有約0.65的相對密度。3YSZ帶512'具有足夠用於處理的強度、是撓性的、而且為約40微米厚。如第5圖所示，數公尺的燒結帶512'已被重新定向在支撐性塑膠載體膜518上。

申請人發現，對於聚乙烯醇縮丁醛（PVB）黏結劑來說，黏結劑燒除位置B''應該是在範圍為約200至600 ℃的範圍中的溫度下。申請人發現，足夠長度的這種黏結劑燒除位置B''也可允許以高帶速通過爐系統516，因為假使黏結劑燒除位置B''太短，黏結劑可能被以過高的速率去除，此舉可能導致不受控制的黏結劑去除和帶512的破壞。另外，申請人發現黏結劑燒除位置B''的長度與帶512可以被成功燒結的速率有關。依據例示性實施例，黏結劑燒除位置B''的長度為至少2英寸及/或不超過50英寸，例如至少4英寸及/或不超過20英寸。在其他構思的實施例中，黏結劑燒除位置B''可具有上述範圍之外的長度。

仍參照第5圖，在另一個實例中，使用結構510生產和燒製帶512，這次是氧化鋁生陶瓷。鑄造帶512的製程包括配料、研磨、除氣（或去除空氣）、過濾、及帶製造的步驟。對於配料，將氧化鋁粉末與水基帶鑄成分混合，水基帶鑄成分包括黏結劑、分散劑、塑化劑、及消泡劑。使用的成分藉由聚合物創新（Polymer Innovations）生產，聚合物創新包括水溶性的丙烯酸基黏結劑。

至於研磨，在研磨機中藉由例如：球磨、高剪切混合、攪磨、振動研磨、滾筒研磨及類似方法研磨並混合批料。研磨步驟將顆粒去黏聚並形成均勻的、良好分散的漿料。在一些實施例中，申請人發現來自Union Process的攪磨機（也稱為攪拌球磨機）可藉由破碎氧化鋁粉末的凝聚物或奈米凝聚物來促進去凝聚。申請人相信由於在研磨製程期間到材料的高能輸入，攪磨機具有優於其他研磨方法和設備的效益，此舉允許批料在比其他技術更短的期間被研磨成較小的粒徑，例如1至3小時對球磨的50至100小時。

一台使用的Union Process攪磨機具有750毫升（mL）的總體積和250 mL的工作容積/容量。槽中裝有130 mL的漿料和740克的2 mm 99.9％純氧化鋁介質（即研磨介質）。槽在研磨製程期間被水冷到15 ℃，以避免過熱並減少溶劑蒸發。漿料最初被以每分鐘500轉（rpm）研磨5分鐘以打破大的團塊，然後將速度提高到1300 rpm並研磨1小時。在研磨結束時，將槽減速到170 rpm並加入消泡劑以去除夾帶的空氣。然後倒出漿料通過80到120目的篩以在除氣之前從漿料中移除研磨介質。

至於除氣，例如在研磨之後，申請人發現可以從漿料過濾出研磨介質，而且可以利用真空將漿料去除空氣/除氣以從可能在混合物中另外包括氣泡的磨碎產物中去除夾帶的空氣。除氣可以使用乾燥器腔室然後Mazerustar真空行星式混合器來完成。漿料可以被載入乾燥器腔室中除氣長達10分鐘。初始除氣之後，漿料可以被載入行星式混合器並在真空下操作5分鐘。申請人發現，免除Mazerustar混合器的替代除氣程序是在乾燥器腔室中使用較高的真空。

至於過濾，將漿料過濾以從混合物中去除任何大規模的污染。例如，這樣的污染物可能以其他方式在燒結的材料中給予不利的光學性質。過濾可以使用50微米、25微米、10微米、或1微米的過濾器來完成。這種過濾器可以由例如尼龍、纖維、或其他適當的材料製成。

至於帶製造步驟，樣品被澆鑄在塗佈聚矽氧的Mylar®膜上，Mylar®膜為約50至150微米厚。申請人發現，聚矽氧塗層在乾燥之後提供容易釋放的帶材。用於帶512的其他適當薄膜可以是例如Teflon®、玻璃、金屬帶及類似的替代材料。為了便利帶的製造，使漿料通過具有約4至20密耳（約100至500微米）間隙的刮刀下方，以形成陶瓷帶的薄片。通常是使用8密耳（約200微米）的刀片高度。使鑄造刀片以10 mm/sec的速度移動穿過Mylar®。可以視需要改變速度以增快處理速度及修改帶512的厚度。乾燥之後，帶的厚度為100至150微米。在這種狀態下的帶512被稱為「生帶」。

仍參照第5圖，從上述的生鑄件切出並釋放1.2公尺長乘120微米厚和1.2公分寬的帶512。將帶512捲繞到圓筒輥514上。然後以每分鐘1英寸的控制速率將帶512進料到爐系統516中，如第5圖所示。帶512具有足夠的強度以在黏結劑燒除過程中在其自身的重量下保持在一起。將爐系統516的燒結位置C''保持在1100 ℃的溫度下。在爐系統516的出口，氧化鋁帶512'被部分燒結，從而具有約0.7的相對密度。帶512'的燒製厚度為約100微米。

參照第6A-6B圖，依據本文揭示的發明製程並使用本文揭示的發明設備製造的材料可以與依據傳統製程製造的材料有所區別。依據例示性實施例，燒結物件610（例如片、箔）包括第一表面612（例如頂部、側面）和第二表面614（例如底部），第二表面614可以與第一表面612相對。該燒結物件還包括延伸於第一與第二表面612、614之間的材料主體616。

物件610的厚度T可被定義為第一與第二表面612、614之間的距離。物件610的寬度（大致參見第8圖的燒結片810的寬度W）可以被定義為第一或第二表面612、614其中一者垂直於厚度T的第一尺寸。物件610的長度（大致參見第8圖的燒結片810的寬度L）可以被定義為第一或第二表面612、614其中一者垂直於厚度T和寬度兩者的第二尺寸。依據例示性實施例，燒結物件610是燒結材料的細長薄帶。至少部分由於幾何形狀，一些這樣的實施例是彈性的，允許物件610圍繞心軸或捲筒（例如1公尺或更小、0.7公尺或更小的直徑）彎曲，此舉可以有利於製造、貯存等。在其他實施例中，燒結物件610可以具有其他的形狀，例如圓形、環形、套筒形或管形、沒有固定的厚度等。

依據例示性實施例，物件610的長度比物件610的寬度的兩倍更大，例如至少大5倍、至少大10倍、至少大100倍。在一些實施例中，物件610的寬度比主體的厚度T的兩倍更大，例如至少大5倍、至少大10倍、至少大100倍。在一些實施例中，物件610的寬度為至少5毫米，例如至少10 mm，例如至少50 mm。在一些實施例中，物件610的厚度T不超過2公分，例如不超過5毫米，例如不超過2毫米，例如不超過1毫米，例如不超過500微米，例如不超過200微米。依據例示性實施例，當生帶被送入爐中並進行燒結時，燒結幾乎均勻地發生；而且片材的長度、寬度及厚度可以縮減多達約30％。因此，本文揭示的生帶尺寸可以比上述的燒結物件大30％。薄的帶可以允許製造線快速操作，因為來自爐的熱可以迅速滲透並燒結這樣的帶。還要更薄的帶可以是撓性的，從而便於沿製造線方向上的彎曲和變化（大致參見例如第11圖）。

依據例示性實施例，燒結物件610大體上是未拋光的，使得第一和第二表面612、614中的任一者或兩者皆具有粒狀輪廓，例如當在顯微鏡下觀看時，如第6A圖的數位影像所示並概念性圖示於第6B圖的側視圖中。粒狀輪廓包括大致從主體616向外突出高度H（例如平均高度）的顆粒618，相對於顆粒618之間在邊界620的表面凹部，高度H至少25奈米及/或不超過100微米，例如高度H至少50奈米及/或不超過80微米。在其他實施例中，高度H可以具有其他的尺寸。

粒狀輪廓是製造燒結物件610的製程的指標在於物件610被燒結為薄帶而不是切自毛坯，而且各表面612、614尚未被大幅拋光。此外，與拋光表面相比，粒狀輪廓可以在一些應用中提供燒結物件610益處，例如為顯示器的背光單元散射光、增加表面積以便塗層有更大的附著力或用於培養物生長。在構思的實施例中，在沿著物件長度的一個維度上橫跨10毫米的距離，未拋光表面612、614具有從約10至約1000奈米、例如從約15至約800奈米的粗糙度。在構思的實施例中，沿著單軸在1 cm的距離間，表面612、614中的任一者或兩者皆具有從約1 nm至約10 μm的粗糙度。

與此相反，由與燒結物件610相同的材料製成的燒結物件710包括拋光表面712、714，其中由於拋光顆粒邊界被大致去除了。在構思的實施例中，依據本文揭示的製程製造的燒結物件610可被拋光，如第7A-7B圖所示；取決於例如物件的特定意向用途。例如，使用物件610作為基材可以不要求極光滑的表面，而且第6A-6B圖的未拋光表面可能是足夠的；而使用物件作為鏡子或作為透鏡可能需要研磨，如第7A-7B圖所示。然而，如本文所揭示的，對於特別薄的物件或薄且具有大表面積的那些物件來說，拋光可能是困難的。

申請人相信相對於第6A-6B圖的物件，切自毛坯的燒結陶瓷或其他材料的片材可能沒有可輕易辨識的顆粒邊界存在於表面上。申請人還相信，毛坯切割的物件通常可被拋光以校正來自切割的粗糙表面。但是，申請人相信，對於燒結陶瓷或其他材料的極薄物件來說，表面拋光可能會特別困難或繁瑣，且困難度隨著這種物件更薄和這種物件的表面積更大而增加。然而，依據目前揭示的技術製造的燒結物件可以較不受到這些限制的限制，因為依據本技術製造的物件可被以長的帶長度連續地製造。另外，可將本文揭示的爐系統尺寸縮放來適應和燒結更寬的物件，例如具有至少2公分、至少5公分、至少10公分、至少50公分的寬度。

依據例示性實施例，燒結物件610具有粒狀輪廓並在其表面612、614上具有一致的表面品質，這與使用背景技術中討論的定型板製造的物件可能非常不同，背景技術中一側通常被來自定型板的接觸（例如黏附及/或磨損）產生標記，而另一側可以不接觸定型板。在一些實施例中，例如其中燒結物件610處於片或帶的形式（大致參見第8圖圖示的片810），表面一致性使得每平方公分的第一表面中表面缺陷的平均面積在每平方公分的第二表面中表面缺陷的平均面積加或減百分之五十內，其中「表面缺陷」是沿著各個表面尺寸至少15、10、及/或5微米的磨損及/或黏附，例如第1-2圖所示，例如在每平方公分的第二表面中表面缺陷的平均面積加或減百分之三十內，例如在每平方公分的第二表面中表面缺陷的平均面積加或減百分之二十內。

依據例示性實施例，燒結物件610具有高的表面品質，這可能再次與使用背景技術中討論的定型板製造的物件非常不同，背景技術中來自定型板的黏附及/或磨損可能會降低表面品質。在一些實施例中，例如其中燒結物件610處於片或帶的形式（大致參見第8圖圖示的片810），表面品質使得第一和第二表面平均每平方公分都具有少於15、10、及/或5個尺寸大於15、10、及/或5微米的表面缺陷，例如平均每平方公分少於3個這種表面缺陷，例如平均每平方公分少於1個這種表面缺陷。因此，依據本文揭示的發明技術製造的燒結物件可具有相對高的和一致的表面品質。申請人相信，燒結物件610的高的和一致的表面品質有利於藉由減少應力集中及/或裂紋起始的位點來提高物件610的強度。

依據例示性實施例，物件610和相應的生帶顆粒材料包括多晶陶瓷。依據例示性實施例，物件610包括（例如是、基本上組成是、依重量計至少50％的組成是）氧化鋯、氧化鋁、尖晶石（例如MgAl₂ O₄ 、ZnAl₂ O₄ 、FeAl₂ O₄ 、MnAl₂ O₄ 、CuFe₂ O₄ 、MgFe₂ O₄ 、FeCr₂ O₄ ）、石榴石、堇青石、莫來石、鈣鈦礦、燒綠石、碳化矽、氮化矽、碳化硼、二硼化鈦、矽鋁氮化物、及/或氮氧化鋁。在一些實施例中，物件610是金屬。在其他實施例中，物件610是從粉末顆粒燒結的玻璃。在一些實施例中，物件610是IX玻璃及/或玻璃-陶瓷。本文揭示的材料可以是合成的。

現在參照第8圖，在一些實施例中，燒結物件是處於本文揭示的材料片810（例如燒結帶）的形式。片810包括表面814（例如頂部或底部）與另一個相對的表面、及在兩個表面814之間延伸的主體（大致參見第6A-6B圖的物件610的側面612、614和主體616）。依據例示性實施例，片810的寬度W被定義為其中一個表面814垂直於厚度T'的第一尺寸。依據例示性實施例，片810具有至少兩個大致垂直的縱向側邊812。片810的長度L被定義為頂部或底部表面814中的一者垂直於厚度T'與寬度W兩者的第二尺寸。長度L可以大於或等於寬度W。寬度W可以大於或等於厚度T'。

依據例示性實施例，厚度T'不超過500微米、例如不超過250微米、例如不超過100微米、及/或至少20奈米。依據例示性實施例，在一些實施例中片810具有至少10平方公分的表面積，例如至少30平方公分、例如至少100平方公分、甚至超過1000、5000、或甚至10,000平方公分；或是依據本文揭示的幾何形狀具有其他的尺寸，例如針對物件610的實施例。在一些實施例中，片810具有小於長度L的1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9、1/10及/或1/20的寬度W。這種幾何形狀對於某些應用可能特別有用，例如使用片810作為直線電池的基材及/或使用片810作為在烘箱中生長奈米碳管的表面，其中片810填充烘箱的表面、但不填充烘箱的實質容積。

依據例示性實施例，片810包括（例如形成成分是、組成是、基本上組成是、依體積計超過50％的組成是）選自由多晶陶瓷和合成礦物所組成之群組的材料。在其他實施例中，片810包括本文揭示的玻璃、金屬或其他材料。另外，依據例示性實施例，片810的材料是處於燒結的形式，使得材料的顆粒彼此熔合（大致參見第6A圖）。片810可以具有粒狀輪廓（大致參見第6A-6B圖）或可以被拋光（大致參見第7A-7B圖）。

例如，在一些實施例中，片810是由氧化鋁粉末製成，該氧化鋁粉末具有從50至1000奈米的中位數粒徑及從2至30 m² /g的BET表面積。片810是從99.5至99.995重量％氧化鋁的帶鑄氧化鋁粉末和從百萬分之約100至約1000份的燒結添加劑（例如氧化鎂）製成。在一些實施例中，片810是半透明的。當片810具有500 μm或更小的厚度時，在從約300 nm至約800 nm的波長下片810可以具有至少30％的總透射率。在一些實施例中，當片810具有500 μm或更小的厚度時，在從約300 nm至約800 nm的波長下通過片810的總透射是從約50％至約85％。在一些實施例中，當片810具有500 μm或更小的厚度時，在從約300 nm至約800 nm的波長下通過片810的漫透射是從約10％至約60％。在構思的實施例中，在以上揭示的波長範圍中片810可以具有以上揭示的透射率百分比、但具有其他的厚度，例如本文揭示的其他厚度。本文揭示的材料除氧化鋁之外還可以產生這種半透明的燒結物件。

參照第9圖，製造線910包括生帶922的來源912、爐系統914、張力調節器916、918、及燒結帶924的接收器920。依據例示性實施例，生帶922的來源912可以處於生帶922的捲的形式，如可以單獨製造。從來源912，生帶922被導引到爐系統914的第一部分926中，例如途經引導通道928。如第9圖所示，在一些實施例中，生帶922被沿著垂直軸導引通過爐系統914，使得生帶922不接觸定型板及/或爐系統914的表面。

爐系統914的第一部分926可以包括黏結劑燒除位置（大致參見第3圖的製造線的位置B）和用於部分燒結帶912的位置（大致參見第3圖的製造線的位置C）。因此，離開第一系統914的第一部分926的帶932可以被部分燒結。通過爐系統914的第一部分926的帶922中的張力可被張力調節器916影響，張力調節器916可以沿著製造線910在張力調節器916的任一側上差異化帶922、932、924中的張力。如第9圖所示，在張力調節器916下方爐系統914包括第二部分930。

依據例示性實施例，張力調節器916、918之間的帶932、924中的張力可以大於不在張力調節器916、918之間的帶922、932、924中的張力。在一些實施例中，張力調節器916、918之間增加的張力可用於在帶932在爐系統914的第二部分930中燒結時將帶932保持平坦。例如，部分燒結的帶932可以是足夠撓性的，以藉由張力調節器932、918之間的帶932中的張力彎曲及/或平坦化，但由於部分燒結的黏結，部分燒結的帶932可以足夠堅固以支撐張力而不毀壞。換句話說，在爐系統914的第二部分930中，部分燒結的帶932被燒結到最終密度並被保持在足夠的張力下以將片、帶或條平坦化，從而消除自然燒結可能出現的捲曲、翹曲、拱起等。例如，申請人發現1公分寬的部分燒結氧化鋯或氧化鋁條能夠支撐大於1公斤、約20兆帕的張力而無毀壞。

因此，再次參照第8圖，在構思的實施例中，片810的未修飾表面沿著單軸（例如沿著片810的長度）在1 cm的距離間具有約0.1 μm至約50 μm的平坦度。這種平坦度與本文揭示的材料之表面品質、表面一致性、大面積、薄厚度、及/或材料特性組合可以允許片材、基材、燒結帶、物件等對於各種應用特別有用，例如用於顯示器的堅固覆蓋片材、高溫基材、撓性隔板、及其他應用。

由於石榴石在壓力負載下潛變或鬆弛的能力有限，故在石榴石被製造完成之後石榴石可能很難重新成形。因此，依據傳統製程石榴石可能難以製成薄且平的。為此，所屬技術領域中具有通常知識者通常都在平的耐火表面之間夾置生坯，此舉通常在燒結物件的兩側上產生許多表面缺陷。因此，據信目前揭示的技術在如本文揭示製造合成石榴石的薄片時特別有用。

參照第10圖，類似於第9圖的製造線910，製造線1010包括生帶1022的來源1012、具有兩個獨立部分1026、1030的爐系統1014、張力調節器1016、1018、以及燒結帶1024的接收器1020。然而，使用製造線1010，生帶在線1010上被連續製造。另外，在燒結帶1024從爐系統1014的第二部分1030出現時，燒結帶1024被切成條1032（例如至少5公分長、至少10公分長、及/或不超過5公尺長、不超過3公尺長）。條1032隨後可以被堆疊、包裝及運送。

參照第11圖，製造線1110包括帶1112（例如生帶）的來源。該來源處於帶1112的捲筒1114的形式，其中帶1112最初是在聚合物背襯1116（例如Mylar）上。當帶1112大致水平地離開捲筒1114時（例如在水平的30度內、在水平的10度內），聚合物背襯1116在分離位置1118被拉離帶1112並被捲繞到單獨的捲筒1120上。然後帶1112通過空氣軸承1122並帶有控制量的凹陷被逐漸重新定向進入第一導件1124，第一導件1124將帶1112定向為大致垂直（例如在垂直的30度內、垂直的10度內）。

在第一導件1124之後，處於生的形式的帶1112向上移動進入第一爐1126（大致參見第4圖圖示的爐410）。在一些實施例中，第一爐1126是將帶1112的有機黏結劑燒焦或燒除以形成帶1112的未黏結區段的低溫爐。第一爐1126也可以部分燒結生成的帶1112的未黏結區段，以形成帶1112的部分燒結區段1128。通過第一爐之後，帶1112可以被導引通過第二導件1130。第一和第二導件1124、1130將帶1112對齊穿過第一爐1126的通道，使得帶1112不接觸第一爐1126的表面，從而減少黏附和磨損相關的表面缺陷的數目。這種帶1112仍可能具有一些缺陷，例如由於與飄游顆粒等的接觸。

依據例示性實施例，在第二導件1130之後，帶的部分燒結區段1128繞過輪1132。在一些實施例中，輪1132具有低摩擦表面1134，部分燒結區段1128在低摩擦表面1134上滑動。輪1132與部分燒結區段1128之間的溫度差可以有助於抑制輪1132與部分燒結區段1128之間的黏著或黏附。依據例示性實施例，輪1132轉動以控制帶1112中的張力，例如藉由在輪1132的任一側在帶1112中提供不同的張力。

例如，在一些情況下，輪1132對著帶1112滑過輪1132的方向（例如逆時針方向）旋轉（例如順時針方向），從而在帶1112過來的輪1132側減小帶1112中的張力，並在帶1112走到的輪1132側增大帶1112中的張力，且增加的張力被張力調節器保持在帶1112的遠端，例如接收帶1112的捲筒（大致參見第3圖和第9圖）、拉動帶1112的機器人手臂（大致參見第10圖）、捲軸等。當帶1112穿過第二個可能更高溫的爐1136時，帶1112中的張力在帶1112被完全燒結時將帶1112保持平坦。

各種例示性實施例中圖示的製造線、設備、及生成燒結物件的構造和配置只是說明性的。雖然本揭示中只詳細描述了幾個實施例，但在未實質偏離本文所述標的物的新穎教示和優點之下，許多修改都是可能的（例如在各種元件的大小、尺寸、結構、形狀及比例、參數值、安裝配置、使用的材料、顏色、方向中的變化）。一些被圖示為整體形成的元件可以由多個部件或元件構成，元件的位置可以顛倒或以其他方式改變，而且離散元件的本質或數目或位置也可以變更或改變。依據替代的實施例，任何製程、邏輯演算法、或方法步驟的次序或順序都可以改變或重新排序。在不偏離本發明技術的範圍下，也可以在各種例示性實施例的設計、操作條件及配置中進行其他替換、修改、變化和省略。

再次短暫參照第6圖，粒狀輪廓包括大致從主體616向外突出高度H（例如平均高度）的顆粒618，相對於顆粒618之間在邊界620的表面凹部，高度H至少5奈米、例如至少10奈米、例如至少20奈米、例如至少25奈米及/或不超過200微米、例如不超過100微米、不超過80微米、不超過50微米。

參照第12圖，用於部分燒結的製造線1210包括帶1212（例如生帶）的來源。該來源處於帶1212的捲筒1214的形式，其中帶1212最初在聚合物背襯1216（例如Mylar）上。在一些這樣的實施例中，帶1212離開捲筒1214並越過捲軸1244和真空摟式滾筒1242，然後聚合物背襯1116在分離位置1218被拉離帶1212、並被張緊裝置1240張緊、越過捲軸1246並被捲繞到單獨的捲筒1220上。然後帶1212（無背襯1216）進入爐1226的黏結劑燒除區段B’”。在一些這樣的實施例中，帶1212方向大致垂直地進入爐1226及/或不接觸爐1226。

在分離位置1218之後，處於生的形式的帶1212向下移入爐1226（也可大致參見第4圖圖示的爐410）。在一些實施例中，爐1226的黏結劑燒除區段B’”是將帶1212的有機黏結劑燒焦或燒除以形成帶1212的未黏結區段的低溫爐。爐1226的較高溫部分C’”還可以部分燒結帶1212的生成未黏結區段，以形成帶1212的部分燒結區段1228，在第12圖中圖示為通過並離開爐1226。

通過爐1226之後，帶1212可以被導引拉過充當第二導件的捲軸1252。分離位置1218和出口捲軸1252可以將帶1212與穿過爐1226的通道對齊，使得帶1212不接觸爐1226的表面，從而減少黏附和磨損相關的表面缺陷的數目。依據例示性實施例，分離位置1218和捲軸1252或在爐1226的出口或附近的其他導件通常彼此垂直對齊，例如沿著在垂直的15度內、例如在10度內的線。

申請人注意到，這種帶1212仍可能有一些缺陷，例如由於與飄游的顆粒、空氣中的顆粒等接觸。出口捲軸1252可以由低摩擦聚合材料製成。越過出口捲軸1252之後，部分燒結的帶可以被捲繞在接收捲筒1250上。實例1

使用大致如第12圖所示的設備製造部分燒結氧化鋯帶的90英尺長帶。生帶是以類似於美國專利# 8,894,920 B2所述的方式使用Tosho（日本）氧化鋯粉末3YE製造。生帶是以大於約20 cm的寬度澆鑄，生帶的厚度為約25微米。然後使用圓形刀片將該帶手動切成約15 mm的寬度。生帶被從送出捲筒（大致參見第12圖的捲筒1214）遞送經過分離位置（參見第12圖的分離位置1218）並通過黏結劑燒除煙囪（參見第12圖中爐1226的燒除區段B’’’）、通過過渡區（參見第12圖的區域X’’’）及進入溫度更高的爐（例如第12圖中爐1226的區段C’’’）。

參照第12圖的上下文中的實例1，在分離位置1218，陶瓷帶1212被從載體膜1216釋放。載體膜1216被運送經過張緊裝置1240而到捲取捲筒1220上。黏結劑燒除區域B’’’被來自爐區段C’’’的熱空氣被動加熱。爐中的通道和實例1使用的黏結劑燒除煙囪是由陶瓷纖維板製成的平行板材，且板材之間的間隙介於0.125和0.5英寸之間（大致參見第4圖的間隙414和L2）。與間隙垂直的通道寬度為約3.5英寸。黏結劑燒除區域的長度為約17英寸，並且在黏結劑燒除區域下方的爐長度為24英寸。

申請人注意到，可以讓生帶以冷的或熱的進入爐中。當燒結或部分燒結3YSZ、3莫耳％氧化釔穩定的氧化鋯、四方晶相氧化鋯多晶體「TZP」、及/或氧化鋁或其他具有類似燒結溫度的陶瓷時，假使以熱的進入，則申請人為爐設定接近1000 ℃的溫度及1英寸/分鐘的帶速。以熱的進入之後，在帶從爐的底部出來之後，可以升高溫度並增加帶的速度。假使以冷的進入，則申請人建議在將整個爐升溫的過程中以0.25至1英寸/分鐘的低速移動（即輸送、遞送）該帶。

在本實例1中，讓該帶以熱的進入，而且在以熱的進入之後，將爐加熱並設定在1200 ℃，然後將該帶以8英寸/分鐘的速度移動通過該爐。黏結劑燒除煙囪是在介於約100至400 ℃之間的溫度。將生帶在2.25小時的期間輸送通過該爐，並得到連續長度約90英尺的部分燒結帶。

寬度的燒結收縮率為約9.5-10.5％。部分燒結帶被捲繞在直徑3.25英寸的捲筒上且無裂開。實例2

使用類似於第12圖所示的設備製造65英尺長的部分燒結氧化鋯帶，其中再次以類似於美國專利第8,894,920號描述的方式使用Tosho（日本）氧化鋯粉末3YE製造生帶。生帶是以大於約20 cm的寬度澆鑄。生帶的厚度為約25微米。然後使用圓形刀片將生帶手動切成約52 mm的寬度。

接著，生帶被從送出捲筒遞送經過分離位置並通過黏結劑燒除煙囪、通過過渡區、及進入溫度更高的主動加熱爐（例如爐1226）。黏結劑燒除區域被來自爐的熱空氣被動加熱。爐中的通道和黏結劑燒除煙囪（再次）是由陶瓷纖維板製成的平行板材，且板材之間的間隙介於1/8和½英寸之間。通道寬度為約3½英寸。黏結劑燒除區域的長度為約17英寸，並且爐的長度為24英寸。

在本實例2中，在進入之後，將爐加熱到1000 ℃、1025 ℃、1050 ℃、1075 ℃、及1100 ℃，同時將該帶以2英寸/分鐘的速度移動通過該爐。黏結劑燒除煙囪是在介於約100和400 ℃之間的溫度下。在個別爐溫下將該帶在每種溫度處理約1小時。該爐運轉超過6.5小時，並運送超過連續65英尺（生）的部分燒結帶通過該爐。

橫跨帶寬度的燒結收縮率取決於爐溫並如下表1所列。遭遇一些超出平面的變形，而且表中的燒結收縮率變化有部分是由於該帶超出平面的變形。表1

52 mm生帶
溫度	收縮率%
1000 ℃	2.08%
1000 ℃	1.56%
1025 ℃	2.34%
1050 ℃	3.47%
1075 ℃	4.28%
1100 ℃	5.61%

在本文揭示的各種實施例中，例如本文揭示的材料和系統，溫度較高的爐的溫度為至少800 ℃，例如至少1000 ℃。生帶以至少1英寸/分鐘的速率通過，例如至少2英寸/分鐘。例如，可以藉由增加爐的長度來提高速率。通過的生帶的收縮率為至少1.5％，例如在一些實施例中至少2％及/或不超過20％，例如不超過15％。實例3

使用類似於第12圖所示的設備製造60英尺長的部分燒結氧化鋯帶，其中再次以類似於美國專利第8,894,920號描述的方式使用Tosho（日本）氧化鋯粉末3YE製造生帶。生帶是以大於約20 cm的寬度澆鑄。生帶的厚度為約25微米。然後使用圓形刀片將該帶手動切成約35 mm的寬度。

生帶被從送出捲筒遞送經過分離位置並通過黏結劑燒除煙囪、通過過渡區、及進入爐中。黏結劑燒除區域被來自爐的熱空氣被動加熱。爐中的通道和黏結劑燒除煙囪是由陶瓷纖維板製成的平行板材，且板材之間的間隙介於1/8和½英寸之間。通道寬度為約3½英寸。黏結劑燒除區域的長度為約17英寸，並且爐的長度為24英寸。

在本實例3中，在進入之後，將爐加熱到1100 ℃、1150 ℃、及1200 ℃，同時將該帶以4和6英寸/分鐘的速度移動。黏結劑燒除煙囪是在介於約100和400 ℃之間的溫度下。在部分燒結之後，將在每種溫度和個別帶速條件下約10英尺的帶捲到直徑3.25英寸的捲筒上且無裂開。

量測燒結收縮率並列於下表2，其中遭遇一些超出平面的變形，而且表中的燒結收縮率變化有部分是由於該帶超出平面的變形。表2

溫度（℃）	速度 （英寸/分鐘）	收縮率 百分比
35 mm生坏寬度
1100	4	5.05
1100	6	5.16
1150	4	8.09
1150	6	6.73
1200	4	12.01
1200	6	11.20

實例4

使用第12圖所示的設備製造175英尺長的部分燒結氧化鋯帶。如上所述製造氧化鋯生帶，但使用圓形刀片將該帶手動切成約15 mm的寬度。該帶被從送出捲筒遞送經過分離位置並通過黏結劑燒除煙囪、通過過渡區、及進入爐中。運轉1100 ℃至1200 ℃的溫度及4、6、或8英寸/分鐘的速度。黏結劑燒除煙囪是在介於約100和400 ℃之間的溫度下，並製造出總共175英尺（生）的部分燒結帶。

量測燒結收縮率並列於下表3，其中遭遇一些超出平面的變形，而且表中的燒結收縮率變化有部分是由於該帶超出平面的變形。當沿著帶的長度在1200 mm間量測時，在1200 ℃下每分鐘8英寸製造出的帶在該帶的長度和寬度間具有整體約0.6 mm的平均超出平面平坦度。表 3

溫度（℃）	速度 （IPM）	收縮率 百分比
15 mm生坏寬度
1100	4	5.38
1100	6	6.70
1100	8	5.07
1150	4	8.58
1150	6	8.16
1150	8	7.25
1200	4	11.89
1200	6	11.33
1200	8	10.07

實例 5

使用類似於第12圖所示的設備製造147英尺長的部分燒結氧化鋯帶。如上所述製造氧化鋯生帶，並使用圓形刀片將該氧化鋯生帶切成約15 mm。如上所述處理該帶，不同之處僅在於其中在進入之後，將爐加熱並設定在1200 ℃，而且將該帶以8英寸/分鐘的速度移動。黏結劑燒除煙囪是在介於約100 ℃和400 ℃之間的溫度下。將生帶在3小時的期間移動通過該爐，並得到連續長度超過147英尺的（生）部分燒結帶。

現在參照第13圖，用於部分燒結的製造線1310包括部分燒結帶1312的來源。該來源處於部分燒結帶1312的捲1314的形式，其中帶1312可以具有中間層材料。帶1312來自捲1314並繞過輥1342。耐高溫材料的板材1346形成爐1326中的狹窄通道。

然後帶1212進入爐1326中，帶1312是大致垂直的及/或不接觸爐及/或沿著爐的中心部分不接觸爐。在構思的實施例中，帶的邊緣可以在爐中接觸導件或表面、但可以稍後被去除以提供帶的低缺陷中心部分，如本文所揭示。在一些這樣的實施例中，帶的縱向邊緣包括切割標記，例如雷射或機械標記。

通過爐1326之後，最終燒結帶1329可以被拉過張緊裝置1340。在一些這樣的實施例中，輸入輥1342和張緊裝置1340與穿過爐1326的通道大致線性對齊，使得帶1312不接觸爐1326的表面，從而減少本文所述的黏附和磨損相關表面缺陷的數量。繞過張緊裝置1340之後，最終燒結帶繞過兩個輥1344，並通過遞送裝置1360（例如輥、軸承、輪面）。遞送裝置1360之後，可以使用或不用中間層材料來將最終燒結帶捲在捲軸上。

參照第14圖，用於部分燒結的製造線1410包括部分燒結帶1412的來源。該來源處於部分燒結帶1412的捲1414的形式，其中帶1412可以具有中間層材料。當帶1412離開捲1414然後進入爐1426中時，帶1412的方向大致是垂直的。張緊器（例如重量1460、輥）被附接於部分燒結帶以在燒結過程中拉動該帶及/或將該帶保持平坦。在構思的實施例中，重量1460可以是一個長度的該帶本身。

令人驚訝的是，如以上所揭示的，申請人發現，短長度且黏結劑被燒除的生帶可以支撐一些張力、且帶沒有散開。黏結劑被燒除、但在進入溫度較高的爐之前的區段的拉伸強度僅僅是材料相同且由尺寸和成分相同的生帶形成的理想、完全燒結帶的拉伸強度的一部分，例如少於20％、例如少於10％、例如少於5％、但仍是正的，例如至少0.05％。實例 6

如實例1所述製造15 mm（生的）寬的部分燒結帶。然後將一捲這種15 mm寬（生的）、約25微米厚（生的）的部分燒結帶放在類似於第13圖所示的系統1310的設備上（例如第二爐、第二燒結位置）。陶瓷板材1346是由碳化矽製成的。板材之間的間隙為2至8 mm，板材的寬度為4英寸。爐的外部尺寸為21英寸長。將該爐加熱到1400 ℃（例如溫度比實例1的爐高至少100 ℃，例如高至少200 ℃、高400 ℃）。

在實例6中，用手將部分燒結帶（來自實例1）以大於1英尺/分鐘迅速放入1400 ℃的爐中。捲1314提供足夠的帶，帶1312被圍繞張緊裝置1340捲繞、通過兩個輥1344、及通過遞送裝置1360。

進入之後，讓帶以每分鐘2英寸運行。由張緊裝置1340將少於50克的張力放在燒結帶上。產出約9英寸緻密的最終燒結帶（參見例如第17-22圖的完全燒結帶2010）。帶是半透明的，若將文字放置成與帶接觸，則可以透過帶讀取文字（參見第17-18圖的完全燒結帶2010並與第17-18圖的部分燒結帶2012相比）。帶的確具有一些來自光散射的白色混濁，可能是來自小的孔隙率（例如，孔隙率小於1％，例如小於0.5％、及/或至少0.1％）。

橫貫帶的收縮率為約24％。同一帶鑄類型的批次燒製材料具有約23％+/-約0.5％的燒結收縮率。雖然用於此實驗的部分燒結帶在最終燒結之後有一些超出平面的變形，但帶在帶移動的方向上是平的。在橫貫捲（帶）的方向上有一些「C形」捲曲。藉由光學顯微鏡以100倍放大倍率檢視完全燒結帶的1 cm x 1 cm區域。檢視最終燒結帶的兩側。未發現典型定型板的黏附或磨損缺陷。

如在第15圖所見，最終燒結帶可以被彎曲到小於約2.5 cm的半徑。實例 7

使用類似於第14圖圖示的第二階段燒結設備。爐只有約4英寸高，具有2英寸的熱區。使用30 mm寬（生的）的部分燒結帶，該部分燒結帶是以類似於實例3描述的方式製成。在部分燒結之前，帶為約25微米厚。將部分燒結帶的捲放在爐上，其中該爐具有3/16英寸的窄間隙及在頂部和底部爐絕緣的3.5英寸寬度，以允許帶通過。讓帶以冷的進入通過間隙，並附著7.5克的重量（大致參見第14圖）。將爐加熱到1450℃，並在爐達到1450 ℃時開始帶的移動。讓帶以每分鐘0.5英寸的速度從頂部運行到底部。製造出約18英寸完全燒結的燒結氧化鋯帶。氧化鋯帶為半透明的。在實例7中，使用4英寸的爐，帶以及帶的完全燒結部分比爐更長。

參照第15-16圖，為了文字比較的目的，如以上實例所述製作生帶（3莫耳％氧化釔穩定的氧化鋯）並使用傳統燒結製程燒結，包括在燒結過程中使用氧化鋁定型板來支撐生帶，以形成陶瓷帶3010。可以以100倍的放大倍率看見由於來自定型板的黏附和磨損所產生的表面缺陷，如第15圖所示。許多黏附或磨損引起的缺陷在燒結片中形成針孔，因為片材是如此之薄，在25微米的等級上。如第15圖所示，由於來自定型板的黏附和磨損所產生的缺陷通常在到彼此的共同方向上大致是橢圓形。

如以上所討論，定型器引起的缺陷通常是與定型板接觸的生帶燒結收縮所造成的表面特徵，其中陶瓷在燒結收縮期間將其自身的某些部分拖過定型板。結果，所得燒結物件的支撐側具有表面缺陷，例如拖槽、從定型板的耐火材料轉移到燒結物件的燒結碎屑、雜質補釘等、及定型器從燒結物件拉出材料的表面凹坑。當陶瓷物件上沉積有薄膜時，最少化這種定型器缺陷是重要的。假使該薄膜或膜的層厚度類似於定型器缺陷的尺寸，則薄膜可能具有針孔或具有穿過薄膜層的定型器缺陷。

比較第15-16圖的陶瓷帶3010與第17-22圖使用本揭示的技術製造的陶瓷帶2010；特別是如第19-20圖所示，第19-20圖分別在與第15-16圖相同的放大倍率100×和500×下，並來自以與用於第15-16圖的帶相同的方式製成的生帶。更具體來說，如本文所揭示，陶瓷帶2010是連續燒結的、如實例中所述在1400 ℃下以每分鐘2英寸的速率運行通過第二爐、使用碳化矽中心通道。比較陶瓷帶3010與陶瓷帶2010，兩個帶皆在表面顯現各種澆鑄標記，例如拉長、滾紋和傾斜（丘陵/谷）。陶瓷帶3010顯現眾多定型器相關的缺陷：黏結顆粒、拉出和定型器拖拉缺陷3012，例如由於收縮的帶拖過定型器表面時刨削表面而使定型器拖拉在某些區域產生特徵損壞圖案，如本文所討論。

參照第15-16圖和第19-20圖，在表面的光學檢視中在100×下很容易觀察到剖面尺寸大於5 µm的黏結顆粒（參見第15圖和第19圖）。更具體來說，橫跨約8 cm² 的面積，在使用本文揭示的技術燒結的陶瓷帶2010的表面上觀察到1個這樣的顆粒，同時橫跨約8 cm² 的相等面積，在陶瓷帶3010的表面上觀察到8個這樣的顆粒。申請人相信，由於與定型器接觸，陶瓷帶3010具有較多的黏結顆粒，而陶瓷帶2010具有數量較少的黏結表面顆粒，由於爐氛圍中顆粒的黏附，該等黏結表面顆粒可能已經存在。陶瓷帶2010上這個小數量的黏結表面顆粒可以在使用過濾器或其他製程去除或減少爐氛圍中的顆粒的未來製程實施例中被進一步減少。

依據例示性實施例，依據本揭示製造的帶在其表面上具有每8 cm² 平均少於5個剖面尺寸大於5 µm的黏結顆粒，例如少於3個這樣的顆粒，例如少於2個這樣的顆粒。

依據例示性實施例，本文揭示的燒結陶瓷片具有小於50微米的厚度和在整個表面上每平方毫米的表面平均少於10個剖面面積至少1平方微米的針孔（或假使表面積小於1平方微米，則整個表面上少於10個針孔），例如少於5個針孔、少於2個針孔、甚至在整個表面上每平方毫米的表面平均少於1個針孔。

參照第19-20圖，陶瓷帶19具有帶有凸起2014的粒狀表面。該等凸起具有在100微米以上的等級的最長尺寸。該等凸起通常是橢圓形的，例如具有方向大致在彼此相同的方向上的長軸，例如90％在方向D的15度內，例如在10度內。該等凸起可以與定型器引起的表面缺陷（例如磨損和黏附）有所區別，因為該等凸起通常平滑滾動並從鄰接表面連續彎曲，而不是由表面上支離破碎或不連續的邊界界定或在表面上包括支離破碎或不連續的邊界，這些是附著顆粒或由定型器造成的磨損的特徵。該等凸起可以是至少一些本文揭示的製程的特徵，例如由於受限較少的燒結製程。其他實施例可以不包括這樣的凸起，例如假使帶在燒結過程中被軸向和橫向張緊，此舉可以經由張緊器（例如輥、輪面、輪子、機械張緊器或其他這樣的元件）完成。

現在參照第21-22圖，已依據本文揭示的製程不用定型板來製造陶瓷帶4010。帶4010的材料是3莫耳％氧化釔穩定的氧化鋯、四方晶相氧化鋯多晶體「TZP」。帶的寬度介於12.8至12.9 mm之間。顯示的部分是來自22英寸長的帶件。帶的厚度為約22微米。附帶一提，白點是帶上掃描器無法識別的標誌器標記。

為了比較的目的，在線以下帶被充分燒結，虛線L以上僅部分燒結。SEC1、SEC2、SEC3、SEC4是陶瓷帶4010的頂表面的輪廓。該等輪廓顯示該帶關於縱軸（在第21圖中圖示為X軸）具有一些「C形」的彎曲。如本文所揭示，在張力之下帶中的拱起被完全燒結減少。如可以看到的，帶的最大高度從約1.68 mm減少約100％到介於0.89和0.63 mm之間。申請人相信，通過本製程及/或進一步的製程改進，例如增加張力或改變處理速度，在平坦表面上平坦靜置的完全燒結帶的最大高度可小於1.5 mm，例如小於1 mm、例如小於0.7 mm、例如理想上小於約100微米，例如對於寬度約10至15 mm的帶。

在構思的實施例中，本文描述的帶可以如圖式中所示被捲繞在捲筒上，以形成一捲帶。捲筒可以具有至少約0.5 cm、例如至少約2.5 cm、及/或不大於1 m的直徑，且帶的長度為至少1 m、例如至少10 m、並具有本文所述的寬度和厚度、及/或例如至少10 mm及/或不大於20 cm的寬度、及至少10微米及/或不大於500微米、例如不大於250微米、例如不大於100微米、例如不大於50微米的厚度。

110:燒結陶瓷物件 112:表面缺陷 210:燒結陶瓷物件 212:表面缺陷 310:製造線 312:爐系統 314:帶 314A:生帶區段 314B:未黏結帶區段 314C:至少部分燒結的帶區段 316:輥 318:通道 320:表面 322:表面 324:張力調節器 410:爐系統 412:導件 414:通道/間隙 416:熱源 418:屏障或壁 510:結構 512:生帶 512’:3YSZ帶 514:圓筒輥 516:爐系統 518:支撐性塑膠載體膜 610:燒結物件 612:第一表面 614:第二表面 616:材料主體 618:顆粒 620:邊界 710:燒結物件 712:拋光表面 714:拋光表面 810:片 812:側邊 814:表面 910:製造線 912:來源 914:爐系統 916:張力調節器 918:張力調節器 920:接收器 922:生帶 924:燒結帶 926:第一部分 928:引導通道 930:第二部分 932:帶 1010:製造線 1012:來源 1014:爐系統 1016:張力調節器 1018:張力調節器 1020:接收器 1022:生帶 1024:燒結帶 1026:部分 1030:部分 1032:條 1110:製造線 1112:帶 1114:捲筒 1116:聚合物背襯 1118:分離位置 1120:捲筒 1122:空氣軸承 1124:第一導件 1126:第一爐 1128:部分燒結區段 1130:第二導件 1132:輪 1134:低摩擦表面 1136:爐 1210:製造線 1212:帶 1214:捲筒 1216:聚合物背襯 1218:分離位置 1220:捲筒 1226:爐 1228:部分燒結區段 1240:張緊裝置 1242:真空摟式滾筒 1244:捲軸 1246:捲軸 1250:接收捲筒 1252:捲軸 1310:製造線/系統 1312:部分燒結帶 1314:捲 1326:爐 1329:最終燒結帶 1340:張緊裝置 1342:輥 1344:輥 1346:陶瓷板材 1360:遞送裝置 1412:帶 1414:捲 1426:爐 1460:重量 2010:完全燒結帶 2012:部分燒結帶 2014:凸起 3010:陶瓷帶 3012:缺陷 4010:帶 A:位置 B:黏結劑燒除位置 B’:燒除位置 B’’:黏結劑燒除位置 B’’’:燒除區段 C:燒結位置 C’:燒結位置 C’’:燒結位置 C’’’:爐區段 D:方向 H:高度 L:長度 L1:深度尺寸 L2:間隙尺寸 T:厚度 T’:厚度 W:寬度 X’’’:區域

本說明書包括附圖以提供進一步的理解，而且附圖被併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式說明一個或更多個實施例，並與實施方式一起用以解釋各種實施例的原理和操作。因此，從以下與附圖結合的實施方式中將更充分地理解本揭示，其中：

第1圖和第2圖為具有表面缺陷的陶瓷材料之數位影像。

第3A圖為依據例示性實施例的製造線之示意圖。

第3B圖為概念性圖示溫度對沿著第3A圖的製造線的位置之曲線圖。

第4圖為依據例示性實施例的爐之剖視圖。

第5圖為依據例示性實施例正在處理生帶的製造線之數位影像。

第6A圖為燒結陶瓷的未拋光表面之數位影像。

第6B圖為未拋光燒結陶瓷之概念性側面輪廓。

第7A圖為燒結陶瓷的拋光表面之數位影像。

第7B圖為拋光的燒結陶瓷之概念性側面輪廓。

第8圖為依據例示性實施例處於薄燒結材料帶形式的燒結物件之透視圖。

第9圖為依據另一個例示性實施例的製造線之示意性側視圖。

第10與11圖為依據其他例示性實施例的製造線之透視圖。

第12圖為依據例示性實施例的製造線或製造線之一部分的示意圖。

第13圖為依據另一個例示性實施例的製造線或製造線之一部分的示意圖。

第14圖為依據又另一個例示性實施例的製造線或製造線之一部分的示意圖。

第15圖為在定型板上燒結的陶瓷薄片在100倍放大倍率的顯微照片。

第16圖為在500倍放大倍率下與第15圖相同的片，大致是來自第15圖圖示的虛線框內。

第17圖比較使用本文揭示的發明製程製成的、覆蓋寫在白紙上的黑色字母的部分和完全燒結帶。

第18圖比較使用本文揭示的發明製程製成的、覆蓋寫在黑紙上的白色字母的部分和完全燒結帶。

第19圖為使用本文揭示的發明製程燒結的陶瓷薄片在100倍放大倍率下的顯微照片。

第20圖為在500倍放大倍率下與第19圖相同的片。

第21與22圖為依據例示性實施例的生帶之表面掃描，具有寬度方向（第21圖）和長度方向（第22圖）的高度輪廓。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

110:燒結陶瓷物件

112:表面缺陷

Claims (10)

1. 一種燒結一帶之製程，包含以下步驟：將包含陶瓷顆粒的一部分燒結的帶移動通過一爐；當該帶通過該爐時將該帶燒結；以及當該帶完全燒結時將該帶緊張，以成形該帶，其中完全燒結的該帶為多晶陶瓷。
2. 如請求項1所述之製程，其中藉由多個張力調節器將該帶緊張，使得在該等張力調節器之間該帶中的張力大於不在該等張力調節器之間該帶中的張力。
3. 如請求項2所述之製程，其中當該帶完全燒結時，在該等張力調節器之間該帶中增加的張力將該帶保持平坦。
4. 如請求項1所述之製程，其中該部分燒結的帶能支撐20兆帕的張力而無毀壞。
5. 一種燒結一帶之製程，包含以下步驟：將包含陶瓷顆粒的一帶燒結；當該帶經燒結時將該帶緊張，以成形該帶，其中經燒結的該帶為多晶陶瓷，其中經燒結的該帶具有一厚度、一寬度以及一長度，該厚度定義為在該帶的第一表面與第二表面之間的一距離，該寬度定義為垂直於該厚度的該第一表面的一第一尺寸，該長度定義為垂直於該厚度及該寬度兩者的該第一表面的一第二尺寸，其中該厚度不超過200微米； 其中該寬度大於該厚度至少100倍；其中該長度大於該寬度至少100倍，以及該表面的一粒狀輪廓包括大致向外突出一平均高度的多個顆粒，該平均高度相對於該等顆粒之間在邊界處的該表面的凹部為至少25奈米且不超過100微米。
6. 如請求項1或5所述之製程，其中經燒結的該帶至少10米長。
7. 如請求項6所述之製程，其中經燒結的該帶不超過100微米厚以及至少20奈米厚。
8. 如請求項1或5所述之製程，其中該多晶陶瓷的陶瓷為由氧化鋁、氧化鋯、鋰石榴石及尖晶石所組成的群組。
9. 如請求項8所述之製程，其中該多晶陶瓷為鋰石榴石。
10. 如請求項8所述之製程，其中經燒結的該帶具有以體積計小於1%的孔隙率。

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